Sensores de horizonte de naves espaciales para órbita lunar

Recuerde que los sensores de horizonte "tradicionales" para misiones terrestres utilizan el régimen de longitud de onda IR, ya que esto puede revelar un buen contraste entre el espacio frío y el borde cálido de la extremidad de la Tierra.

Si estuviéramos ahora en órbita alrededor de la luna, ¿habría un mejor conjunto de longitudes de onda que pudiera proporcionar un discernimiento del horizonte lunar? Sin la presencia de una atmósfera, estaba pensando en el régimen UV, ya que es mucho más reflectante en la luna, mientras que el ozono de la Tierra absorbe la mayor parte de esta energía. ¿Existe la viabilidad (capacidad) de un sensor con "visión" UV? ¿Hay un mejor conjunto de longitudes de onda a tener en cuenta?

Respuestas (2)

A las temperaturas de la superficie lunar, los sensores de extremidades IR funcionarían bien. (Vea la publicación de @BobJacobsen ) El problema con un sensor UV es que requiere UV reflejado. La luna emite relativamente poca energía UV, ya sea por emisión térmica o por impactos de radiación natural. Esto significa que si la extremidad que el instrumento vería no está iluminada por el sol, no obtendrá mucha señal. En las longitudes de onda IR, la luna irradia mucho por emisión térmica, con un fondo agradable y frío (3 K), por lo que hay mucho contraste para ubicar la extremidad sin que esté iluminada.

"A las temperaturas de la superficie lunar, los sensores de extremidades IR funcionarían bien". ¿Cómo sabes esto? ¿Puedes agregar una fuente donde se pueda verificar esto? La superficie de la luna se enfría bastante después de diez días de estar expuesta al espacio sin luz solar. ¿A qué rango de longitud de onda son sensibles los sensores de extremidades IR?
Wikipedia da temperaturas superficiales que van desde 100K a 390K en el ecuador. A 100K habrá poco IR y lo que haya estará en una longitud de onda muy larga, por lo que, a menos que los sensores que está describiendo puedan captarlos, esta extremidad será invisible e indetectable.
El instrumento CIRS en Cassini podía medir temperaturas hasta ~35-40 K, pero por supuesto tenían un par de sensores de longitud de onda bastante larga. Si necesita obtener una señal de un objeto de 100K con una SNR confiable, no necesitará las longitudes de onda más largas de CIRS. Pero necesitaría un sensor de IR medio en un plano focal, y probablemente también necesitaría un radiador para mantener frío ese plano focal. Pero podría hacerse, a un costo no demasiado alto.
Un detector de extremidades tendría que reconocer la ubicación de una extremidad caliente y una extremidad fría al mismo tiempo . Los detectores de bordes normalmente no tienen un rango dinámico de 10 ^ 4 (emisión de 100 K frente a 300 K a 10 micrones, por ejemplo). ¿Estás seguro de que "los sensores de extremidades IR funcionarían bien" es realmente correcto?
Vea la publicación de @Bob Jacobsen arriba.
¡Bingo! Allí se trata solo de un orden de magnitud entre 100K y 300K.

Siguiendo la respuesta de @TomSpiker, Lunar Prospector llevó un sensor de extremidades lunares IR fabricado por Ithaco. Se describe en el Manual de la misión Lunar Prospector como (página 4-15)

4.2.5.3 Sensor Tierra/Luna (EMS)

El sensor de Tierra/Luna Lunar Prospector (EMS) es fabricado por Ithaco Space Systems. El EMS (P/N P108SA12), que consta de elementos ópticos, filtros infrarrojos, un detector/elemento sensor y la electrónica asociada, proporciona señales eléctricas que representan el perfil radiométrico de 30 a 100 micrones de objetos (tierra, luna y sol) como el la óptica del sensor/detector escanea a través de ellos. El movimiento de exploración es proporcionado por la rotación angular de la nave espacial Lunar Prospector. La señal de salida analógica, que representa el perfil radiométrico, va a la electrónica C&DH donde la detección de umbral define el borde anterior y posterior del cuerpo escaneado.

También hay información sobre potencia, tamaño, configuración de lanzamiento, etc. en ese documento.

A través de λ pag mi a k (micras) = 2900 / T (K), la banda de longitud de onda IR de "30 a 100 micras" corresponde (como emisión máxima) a temperaturas de alrededor de 100 a 30 K, muy por debajo de la temperatura de la superficie lunar incluso al amanecer.

Por cierto, si desea ver los cálculos necesarios para convertir los datos del sensor en información de actitud, hay una descripción que comienza aproximadamente en la página 34 del manual del software Lunar Prospector Ground System .

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